תכונות מגנטיות של מימן

מימן הוא גז המצוי באטמוספירה ברמות עקבות אשר אינן יכולות לקיים חיים. הוא מסונתז מפחמימנים וממים. גז מימן מהווה את השבר הקל ביותר של מולקולת H2O. מימן הוא הקל והבסיסי ביותר מבין כל היסודות. זהו גז תגובתי למדי, שנכנס לשילוב כימי עם רוב היסודות ונדפה חלש על ידי כוחות מגנטיים.

חלק גדול מהפיזיקה מוקדש לחקר ההשפעות המופקות בחומרים שונים על ידי יישום שדה מגנטי. באטום המימן, גרעין בעל פרוטון יחיד בעל טעינה חיובית, שנותר נייח, מקיף אלקטרון טעון שלילי יחיד. תצורה כזו עשויה ליצור את הרושם שלמימן יש משיכה מגנטית חזקה, אך זה לא המקרה. גז מימן הוא, למעשה, רק מגנטי מאוד חלש. הסיבה לכך היא שאטומי מימן אינם נמצאים בבידוד. הם נקשרים יחד ליצירת מולקולה, שיש לה אנרגיה כימית נמוכה יותר מאטומים נפרדים. בתוך מולקולה זו, המומנטום של אלקטרון אחד נע בכיוון ההפוך לזה של שכנו. בשל תופעה זו, המולקולה היא רק מגנטית חלשה והיא נחשבת לחסר רגע מגנטי קבוע.

מימן הוא חומר דיאמגנטי. דיאמגנטיות מתרחשת בחומרים שהאטומים שלהם מזווגים אלקטרונים. על פי חוק פאראדיי, כאשר מולקולת מימן נחשפת לשדה מגנטי האלקטרונים שנמצאים במסלול, משנים מעט את המומנטום שלהם. ככל שהשדה המגנטי גדל, נוצר שדה מושרה, אותו חווים האלקטרונים של המולקולה ככוח. באמצעות עיקרון זה של הפיזיקה, מולקולת המימן רוכשת רגע מגנטי המושרה. הרגע המושרה הזה מנוגד לשדה היישומי ומכונה דיאמגנטיות. באמצעות עקרונות הפיזיקה הללו, מימן מודח חלש על ידי מגנט סמוך.

מגנטיות היא הכוח החיוני הקובע את צורת הפלזמה או חומר מיונן. אזורי המימן סביב הגלקסיות הם גם פלזמות, למרות שמידת היינון קטנה. מידת היינון במרחב הבין-כוכבי משתנה מזו שבאזורי המימן למצבים מיוננים לחלוטין באזורים אחרים בחלל. בחלל, לעומת זאת, אפילו הפלזמה המיוננת חלשה באזור המימן מגיבה חזק לשדות אלקטרומגנטיים. פלזמה ממוגנטת, כמו הכלולה באזור המימן, היא המצב השולט ביקום בכללותו.